Phân tích xác suất thời gian thi công cọc khoan nhồi sử dụng kỹ thuật Bootstrap

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn này “Phân tích xác suất thời gian thi công cọc

khoan nhồi sử dụng kỹ thuật Bootstrap” là bài nghiên cứu của chính tôi.

Ngoài trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi cam

đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được công bố

hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận

văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các

trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.

Thành phố Hồ Chí Minh, 2018

Phan Bá Tƣờng

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường ii

LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo

TS.Lê Hoài Long - Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Trường Đại học Bách khoa Thành

phố Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ về mọi mặt của Ban Giám Hiệu, Khoa Đào

tạo Sau đại học, Khoa Xây dựng và Điện - Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí

Minh, cùng quý thầy cô đã tham gia giảng dạy trong suốt quá trình học tập.

Xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu, Quý thầy cô giáo trong Khoa Đào tạo

Sau đại học, Khoa Xây dựng và Điện - Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí

Minh đã quan tâm, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn.

Cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã động viên, giúp đỡ tôi

hoàn thành luận văn này.

Học viên thực hiện

Phan Bá Tƣờng

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường iii

TÓM TẮT

Tiến độ thi công trong các công trình xây dựng là một trong những yếu tố

được quan tâm hàng đầu trong suốt quá trình từ khi khởi công cho đến nghiệm thu

đưa vào sử dụng bởi vì nó ảnh hưởng chi phí và thời gian thực hiện dự án. Đặc biệt,

xác định tiến độ giai đoạn thi công phần nền móng của công trình là một trong

những ưu tiên hàng đầu của nhà thầu và chủ đầu tư dự án vì đây là giai đoạn chịu

ảnh hưởng của nhiều nhân tố rủi ro khách quan lẫn chủ quan. Mục đích của nghiên

cứu này là xác định các nhân tố ảnh hưởng đến thời gian thi công nền móng công

trình. Cụ thể là xác định các nhân tố ảnh hưởng đến thời gian thi công cọc khoan

nhồi, từ đó phân tích xác suất khoảng thời gian thi công cọc khoan nhồi.

Nghiên cứu tiến hành thu thập số liệu từ hồ sơ nghiệm thu cọc khoan nhồi trên

địa bàn các Quận tại thành phố Hồ Chí Minh, các cọc khoan nhồi có đường kính từ

800mm đến 1.500mm. Tiến hành lấy ý kiến các chuyên gia để xác định các nhân tố

ảnh hưởng đến thời gian thi công cọc khoan nhồi, thực hiện ước lượng khoảng

thông qua kỹ thuật Hồi quy và kỹ thuật Bootstrap để đưa ra khoảng ước lượng thời

gian thi công cọc khoan nhồi. Những kết luận rút ra từ nghiên cứu này giúp cho các

nhà quản lý, các đơn vị thi công… có cơ sở để xác định, xây dựng tiến độ thi công

cho phù hợp với điều kiện thực tế nhằm giảm thiểu tối đa các rủi ro để từ đó tiết

kiệm được chi phí xây dựng và thời gian thực hiện dự án.

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường iv

ABSTRACT

Construction duration is one of the most important factors affecting the

success of a project. Determining duration in underground construction phase of the

building is crucial because this phase is affected by many uncertainties. Therefore,

it is the most concern to project‟s owners and contractors. The aim of this paper is

to identify factors which affect building‟s underground construction duration.

Particularly, the research determines factors affect construction duration of bored

piles and suggest a new approach to estimate the duration by using linear regression

and Bootstrap technique. From that, analyzing the probability of bored pile‟s

construction duration range is performed. The results and findings help project

managers, contractors have a basis to estimate and determine schedule appropriately

and reduce many risks in construction progress.

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN........................................................................................................... ii

TÓM TẮT................................................................................................................ iii

MỤC LỤC..................................................................................................................v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................x

DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC................................................................................ xi

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.......................................................................1

1.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................1

1.2. Xác định vấn đề nghiên cứu ..................................................................................2

1.2.1. Lý do hình thành đề tài .............................................................................2

1.2.2. Các câu hỏi nghiên cứu.............................................................................2

1.3. Mục tiêu nghiên cứu..............................................................................................3

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................3

1.5. Đóng góp của nghiên cứu......................................................................................4

1.5.1. Đóng góp về mặt học thuật .......................................................................4

1.5.2. Đóng góp về mặt thực tiễn........................................................................4

1.6. Cấu trúc Luận văn..................................................................................................4

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN.....................................................................................5

2.1. Tóm tắt chương......................................................................................................5

2.2. Các khái niệm và định nghĩa .................................................................................6

2.2.1. Khái niệm thi công cọc khoan nhồi ..........................................................6

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường vi

2.2.2. Quy trình thi công cọc khoan nhồi............................................................8

2.2.3. Khái niệm ước lượng thời gian thi công cọc khoan nhồi........................14

2.2.4. Các kỹ thuật dựa trên dữ liệu ..................................................................16

2.3. Các nghiên cứu trước đó đã được công bố..........................................................17

2.3.1. Các nghiên cứu nước ngoài.....................................................................17

2.3.2. Các nghiên cứu trong nước .....................................................................19

2.4. Kết luận chương ..................................................................................................21

2.4.1. Vấn đề tồn tại của các nghiên cứu trước.................................................21

2.4.2. Vấn đề giải quyết của nghiên cứu...........................................................21

CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................23

3.1. Tóm tắt chương....................................................................................................23

3.2. Quy trình nghiên cứu...........................................................................................24

3.3. Công cụ nghiên cứu.............................................................................................24

3.3.1. Mô hình hồi quy tuyến tính.....................................................................26

3.3.1.1. Giới thiệu hàm hồi quy ....................................................................26

3.3.1.2. Kiểm định mô hình hồi quy tuyến tính ............................................27

3.3.1.3. Phân tích và đánh giá mô hình……………………………………29

3.3.2. Kỹ thuật Bootstrap ..................................................................................30

3.3.2.1. Khái niệm.........................................................................................30

3.3.2.2. Ứng dụng của kỹ thuật Bootstrap ....................................................30

3.3.2.3. Quy trình kỹ thuật Bootstrap............................................................31

3.4. Dữ liệu nghiên cứu ..............................................................................................33

3.4.1. Sự ảnh hưởng của địa chất đến thời gian thi công cọc khoan nhồi.........33

3.4.1.1. Phân loại địa chất .............................................................................33

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường vii

3.4.1.2. Đo lường sự ảnh hưởng của địa chất lên thời gian thi công ............35

3.4.2. Thu thập dữ liệu ......................................................................................36

3.4.2.1. Lựa chọn cách thức thu thập dữ liệu................................................36

3.4.2.2. Dữ liệu thu được từ hồ sơ nghiệm thu cọc khoan nhồi....................37

3.4.2.3. Kết quả thu thập dữ liệu...................................................................38

3.5. Kết luận chương ..................................................................................................41

CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU..............................................................42

4.1. Tóm tắt chương....................................................................................................42

4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian thi công cọc khoan nhồi ............................43

4.3. Mô hình Hồi quy ước lượng thời gian thi công cọc khoan nhồi .........................47

4.3.1. Xác định hệ số đặc trưng cho tính chất của đất ......................................47

4.3.2. Tiến hành kiểm định mô hình hồi quy thời gian khoan cọc T1...............49

4.3.3. Tiến hành kiểm định mô hình hồi quy thời gian công tác bê tông T2.....52

4.3.4. Kiểm tra khả năng dự đoán của các mô hình..........................................56

4.4. Phân tích xác suất thời gian thi công cọc khoan nhồi dùng kỹ thuật Bootstrap..57

4.4.1. Phân tích kết quả khoảng ước lượng thời gian thi công cọc khoan nhồi

và mức biến động thời gian thi công cọc số 1...................................................59

4.4.2. Phân tích kết quả khoảng ước lượng thời gian thi công cọc khoan nhồi

và mức biến động thời gian thi công cọc số 2...................................................59

4.4.3. Phân tích kết quả khoảng ước lượng thời gian thi công cọc khoan nhồi

và mức biến động thời gian thi công cọc số 3...................................................60

4.4.4. Phân tích kết quả khoảng ước lượng thời gian thi công cọc khoan nhồi

và mức biến động thời gian thi công cọc số 4...................................................61

4.5. Kết luận chương ..................................................................................................62

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường viii

CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.................................................63

5.1. Kết luận................................................................................................................63

5.2. Khuyến nghị ........................................................................................................63

5.2.1. Hạn chế của nghiên cứu ..........................................................................63

5.2.2. Một số hướng nghiên cứu đề xuất...........................................................64

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................65

PHỤ LỤC.................................................................................................................67

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Cấu trúc Luận văn........................................................................................4

Bảng 3.1: Giả định các hệ số k1, k2, k3 của các lớp đất..............................................36

Bảng 3.2: Các công trình cọc khoan nhồi được sử dụng cho nghiên cứu..................39

Bảng 4.1: Xác định các biến đưa vào mô hình...........................................................48

Bảng 4.2: Hệ số hồi quy của các biến trong mô hình thời gian khoan cọc T1 ...........48

Bảng 4.3: Hệ số hồi quy của các biến trong mô hình thời gian công tác bê tông T2 .49

Bảng 4.4: Khoảng ước lượng thời gian khoan cọc T1 với các phân vị.......................57

Bảng 4.5: Khoảng ước lượng thời gian công tác bê tông T2 với các phân vị.............58

Bảng 4.6: Sai số thời gian khoan cọc T1 tương ứng với các phân vị..........................58

Bảng 4.7: Sai số thời gian công tác bê tông T2 tương ứng với các phân vị................58

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Sơ đồ tóm tắt nội dung Chương 2 ................................................................5

Hình 2.2: Quy trình thi công cọc khoan nhồi ...............................................................8

Hình 2.3: Mô hình neuron nhân tạo điển hình............................................................17

Hình 3.1: Sơ đồ tóm tắt nội dung Chương 3 ..............................................................23

Hình 3.2: Quy trình nghiên cứu..................................................................................24

Hình 3.3: Quy trình kỹ thuật Bootstrap ......................................................................31

Hình 4.1: Sơ đồ tóm tắt nội dung Chương 4 ..............................................................42

Hình 4.2: Đồ thị phân tán giữa giá trị dự đoán chuẩn hóa và phần dư chuẩn hóa T1 50

Hình 4.3: Biểu đồ tần suất của phần dư chuẩn hóa của mô hình thời gian khoan cọc

T1.................................................................................................................................51

Hình 4.4: Biểu đồ P-P Plot của phần dư chuẩn hóa của mô hình thời gian khoan cọc

T1.................................................................................................................................51

Hình 4.5: Đồ thị phân tán giữa giá trị dự đoán chuẩn hóa và phần dư chuẩn hóa T2 54

Hình 4.6: Biểu đồ tần suất của phần dư chuẩn hóa của mô hình thời gian công tác bê

tông T2 .......................................................................................................................55

Hình 4.7: Biểu đồ P-P Plot của phần dư chuẩn hóa của mô hình thời gian công tác bê

tông T2 .......................................................................................................................55

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường xi

DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Tập hợp dữ liệu thu thập từ hồ sơ chất lượng cọc.....................................67

Phụ lục 2: Dữ liệu gốc (Data gốc). .............................................................................74

Phụ lục 3: Dữ liệu của bộ mẫu Bootstrap (Data Random). ........................................78

Phụ lục 4: Dữ liệu Hồi quy (Data Hồi quy)................................................................88

Phụ lục 5: Các bước xây dựng các Bảng từ 4.4 đến 4.7.............................................99

Chương 1: Giới thiệu đề tài GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Phan Bá Tường Trang 1

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1. Giới thiệu chung

Trong những năm gần đây, khi đất nước chúng ta ngày càng phát triển, đời

sống của người dân ngày càng được nâng cao, nhu cầu đời sống về tinh thần cũng

như về vật chất ngày càng phát triển dẫn đến quỹ đất ngày càng hẹp dần, đặc biệt ở

các thành phố lớn đông dân cư như: Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh…. Xu hướng

xây dựng các công trình cao tầng đã trở thành nhu cầu tất yếu để đáp ứng với phát

triển xã hội và phát triển kinh tế.

Tùy thuộc vào tải trọng công trình, điều kiện địa chất, tính khả thi trong thi

công các công trình cao tầng sẽ có các giải pháp gia cố nền móng khác nhau. Trong

đó, giải pháp gia cố nền móng bằng phương pháp cọc khoan nhồi là một trong

những giải pháp gia cố nền móng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay để đáp ứng

các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế.

Nền móng công trình là một giai đoạn ảnh hưởng rất lớn đến tiến độ và chi

phí chung của dự án bởi tính chất phức tạp và đặc thù riêng của nó. Trong các dự án

cao tầng thì việc quy định chủ đầu tư thi công xong phần móng mới được thương

mại hóa đã làm tăng thêm tính cấp thiết của việc thi công nền móng theo đúng tiến

độ. Quá trình thi công nền móng công trình, đặc biệt là hạng mục cọc khoan nhồi là

một quá trình thi công phức tạp chịu sự tác động của rất nhiều yếu tố và chứa đựng

rất nhiều rủi ro. Vì vậy, đối với chủ đầu tư hay nhà thầu chưa có nhiều kinh nghiệm

thì việc lập tiến độ sẽ gặp nhiều khó khăn.

Do đó, để lập tiến độ của một dự án thi công cọc khoan nhồi thì cần phải xác

định được thời gian thi công của một cọc. Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến thời

gian thi công và mỗi dự án khác nhau thì các yếu tố ảnh hưởng sẽ khác nhau. Việc

xây dựng mô hình phân tích được xác suất thời gian thi công của một cọc khoan

nhồi sẽ hỗ trợ cho chủ đầu tư và nhà thầu lập tiến độ thi công chính xác hơn đồng

thời chủ động điều chỉnh nguồn tài nguyên để đạt tiến độ mong muốn.